一种新颖的电压模式通用二阶CFA滤波器设计
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:476
1 引言
电压运算放大器是模拟电路设计中的基本有源器件,由普通电压运算放大器组成的电路,其工作频率较低。电流反馈放大器(current feedback amplifier,cfa)是一种结构全新的运算放大器,他不但能提供近乎常值的带宽,
而且还具有高的转换速率。由他组成的电路,在频率特性、动态范围等方面具有比由ota组成的电路更加优良
的性能[1-30]。近年来,电流反馈放大器在二阶滤波器电路中得到了一些应用[6-10],而采用电流反馈放大器(cfa)构成的电压模式或电流模式双二次滤波器的文献不断见诸报道,其中主要的形式有两种:一种为单输入多输出型滤波器;另一种为三输入单输出型滤波器。但从文献看,多数电路使用的cfa器件数目较多。本文提出了一种三输入单输出电压模式通用二阶滤波器电路,该电路仅用2个电流反馈放大器(cfa)、2个电容、3个电阻来构成,电路结构简单,能实现二阶低通、带通、高通、陷波、全通滤波函数。并用pspice对该电路进行了仿真,仿真结果表明,该电路设计正确,理论分析与仿真结果相吻合。
2 cfa电路结构及原理
电流反馈放大器(cfa)是一种四端口器件如图1所示,他的电路传输特性为:
即iy=0,vx=vy,ix=±iz,vo=vz,公式(1)中"+"对应cfa+,"-"对应cfa-,由此可知x端电压跟随y端电压,z端电流跟随x端电流,y端是高阻输入,iy=o,z端电压跟随o端电压[6-9]变化。
3 二阶滤波器原理
本文采用如图2所示滤波器电路,该电路是由2个cfa2个电容和3个电阻来构成。对图2电路进行电路分析得:
由上述方程,可得电路电流传输函数: |
有式(6)可知,改变输入信号v1,v2,v3,可以分别实现低通、带通、高通、陷波、全通滤波函数。实现条件与滤波器类型的对应关系如表1所示。
由式(7),式(9)可知,极点角频率和极点品质因素能实现独立调节。
根据灵敏度的定义 得到特征频率ωp,qp相对电阻元件和电容元件的变化灵敏度,ωp,qp,的无源灵敏度为:
由式(10),式(11)可知,ωp,qp的无源灵敏度是较小的。
考虑cfa的非理想特性,其端口特性为:
其中:a=1-ε1,︱ε1︱<<《1,ε1表示电流反馈放大器的电流跟踪误差,β=1-ε2,︱ε2︱<<1,ε2表示电流反馈放大器的输入电压跟踪误差,γ1=1-ε3,︱ε3 ︱<<1,ε3表示电流反馈放大器的输出电压跟踪误差,通过分析,可求得输出电压为:
由式(18),式(19)可知,ωp,qp有源灵敏度也是较小的。
4 电路仿真
为了验证设计滤波器电路的正确性,作者用pspice对该电路进行了电路仿真。当r1=r2=r3=1 kω,c1=c2=0.1 μf,由式(8)得:fp=1.59 khz,在pspice9.1下,对图2所示电路进行仿真,得到幅频特性(如图3所示)与要求的技术参数相吻合。
本文提出了一种仅用2个电流反馈放大器(cfa)、2个电容和3个电阻构成的电压模式通用二阶滤波器电路,能实现二阶低通、带通、高通、带阻、全通滤波函数。对该电路进行了电路分析,得到了电压传输函数及电路参数。并用pspice对该滤波器电路进行了仿真,仿真结果表明,该滤波器电路设计正确,理论分析与仿真结果相吻合。电路具有如下特点:
(1)能实现电压
1 引言
电压运算放大器是模拟电路设计中的基本有源器件,由普通电压运算放大器组成的电路,其工作频率较低。电流反馈放大器(current feedback amplifier,cfa)是一种结构全新的运算放大器,他不但能提供近乎常值的带宽,
而且还具有高的转换速率。由他组成的电路,在频率特性、动态范围等方面具有比由ota组成的电路更加优良
的性能[1-30]。近年来,电流反馈放大器在二阶滤波器电路中得到了一些应用[6-10],而采用电流反馈放大器(cfa)构成的电压模式或电流模式双二次滤波器的文献不断见诸报道,其中主要的形式有两种:一种为单输入多输出型滤波器;另一种为三输入单输出型滤波器。但从文献看,多数电路使用的cfa器件数目较多。本文提出了一种三输入单输出电压模式通用二阶滤波器电路,该电路仅用2个电流反馈放大器(cfa)、2个电容、3个电阻来构成,电路结构简单,能实现二阶低通、带通、高通、陷波、全通滤波函数。并用pspice对该电路进行了仿真,仿真结果表明,该电路设计正确,理论分析与仿真结果相吻合。
2 cfa电路结构及原理
电流反馈放大器(cfa)是一种四端口器件如图1所示,他的电路传输特性为:
即iy=0,vx=vy,ix=±iz,vo=vz,公式(1)中"+"对应cfa+,"-"对应cfa-,由此可知x端电压跟随y端电压,z端电流跟随x端电流,y端是高阻输入,iy=o,z端电压跟随o端电压[6-9]变化。
3 二阶滤波器原理
本文采用如图2所示滤波器电路,该电路是由2个cfa2个电容和3个电阻来构成。对图2电路进行电路分析得:
由上述方程,可得电路电流传输函数: |
有式(6)可知,改变输入信号v1,v2,v3,可以分别实现低通、带通、高通、陷波、全通滤波函数。实现条件与滤波器类型的对应关系如表1所示。
由式(7),式(9)可知,极点角频率和极点品质因素能实现独立调节。
根据灵敏度的定义 得到特征频率ωp,qp相对电阻元件和电容元件的变化灵敏度,ωp,qp,的无源灵敏度为:
由式(10),式(11)可知,ωp,qp的无源灵敏度是较小的。
考虑cfa的非理想特性,其端口特性为:
其中:a=1-ε1,︱ε1︱<<《1,ε1表示电流反馈放大器的电流跟踪误差,β=1-ε2,︱ε2︱<<1,ε2表示电流反馈放大器的输入电压跟踪误差,γ1=1-ε3,︱ε3 ︱<<1,ε3表示电流反馈放大器的输出电压跟踪误差,通过分析,可求得输出电压为:
由式(18),式(19)可知,ωp,qp有源灵敏度也是较小的。
4 电路仿真
为了验证设计滤波器电路的正确性,作者用pspice对该电路进行了电路仿真。当r1=r2=r3=1 kω,c1=c2=0.1 μf,由式(8)得:fp=1.59 khz,在pspice9.1下,对图2所示电路进行仿真,得到幅频特性(如图3所示)与要求的技术参数相吻合。
本文提出了一种仅用2个电流反馈放大器(cfa)、2个电容和3个电阻构成的电压模式通用二阶滤波器电路,能实现二阶低通、带通、高通、带阻、全通滤波函数。对该电路进行了电路分析,得到了电压传输函数及电路参数。并用pspice对该滤波器电路进行了仿真,仿真结果表明,该滤波器电路设计正确,理论分析与仿真结果相吻合。电路具有如下特点:
(1)能实现电压
上一篇:同步调谐可变带通滤波器的设计